Zur Mikrostruktur siliziumbasierter Dünnschichten für die Photovoltaik

Köhler, Florian

Book/Dissertation / PhD Thesis

FZJ-2013-05267

Zur Mikrostruktur siliziumbasierter Dünnschichten für die Photovoltaik

Köhler, F. (Corresponding author)FZJ*

2013
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich
ISBN: 978-3-89336-876-1

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment 176, 103 pp. (2013) = Dissertation, RWTH Aachen, 2012

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/14701 urn:nbn:de:hbz:82-opus-44017

Abstract: Amorph oder kristallin? Diese Frage ist auf den ersten Blick eindeutig zu beantworten. Besteht der Festkörper aus einem exakt periodisch aufgebautem Atomgitter, ist er kristallin. Fehlt diese Periodizität, ist er amorph. Tatsächlich existieren jedoch auch Mischphasen, die beide Komponenten enthalten. Und selbst innerhalb dieser Phasen gibt es Unterschiede zwischen verschiedenen Graden der Ordnung oder Unordnung der Atome. So lassen sich in amorphen Materialien Längenskalen (Korrelationslängen) definieren, auf denen eine gewisse Nahordnung bezogen auf nächste oder übernächste Nachbarn durchaus noch vorhanden ist. In Kristallen dagegen kann die Ordnung beispielsweise durch Stapelfehler der Gitternetzebenen oder eine hohe Dichte an Korngrenzen gestört sein. Eine periodische Folge von Stapelfehlern kann dabei zu völlig neuen Kristallformen (Polytypen) führen. Auch sind Abweichungen in der bevorzugten Stapelrichtung (Textur) der Netzebenen denkbar. Diese Störungen können sich alle wiederum auf andere Eigenschaften des Materials wie elektrische oder thermische Leitfähigkeit oder die spektrale Absorption auswirken. In der vorliegenden Arbeit werden dünne Schichten, die in der Photovoltaik Anwendung finden, im Hinblick auf ihre atomare Ordnung und Unordnung untersucht. Die Nutzung von Dünnschichtsolarzellen in der Photovoltaik hat sich in den letzten Jahren aufgrund des geringeren Materialeinsatzes und dem damit verbundenen Kostenreduktionspotential gegenüber einkristallinen Solarzellen etabliert. Insbesondere die Verwendung von siliziumbasierten Dünnschichten bietet den Vorteil einer nahezu unbegrenzten Verfügbarkeit von Silizium, dessen Masseanteil an der Erdhülle etwa 26% beträgt. Als Absorberschichten bieten sich unterschiedliche Modifikationen von Silizium an: Zum einen das hydrogenisierte mikrokristalline Silizium ($\mu$c-Si:H) mit einer Bandlücke von 1,1 eV, zum anderen das hydrogenisierte amorphe Silizium (a-Si:H) mit einer sogenannten „quasi-Bandlücke“ von etwa 1,8 eV. Da diese Modifikationen aufgrund der unterschiedlichen Bandlücke nicht denselben Teil des Sonnenspektrums ausnutzen, kann man in sogenannten Tandemzellen, also einer Kombination dieser Materialien, Spitzenwirkungsgrade von über 13% erreichen, während bei Einzelzellen aus dem jeweiligen Material $\textit{stabilisierte}$ Wirkungsgrade von bis zu 10% erzielt werden können. Die Angabe eines stabilisierten Wirkungsgrades ist gerade bei Absorberschichten aus a-Si:H wichtig, da diese einer signifikanten lichtinduzierten Degradation unterliegen.Die Abweichungen zwischen initialem und stabilisiertem Wirkungsgrad von a-Si:H Solarzellen liegen vorwiegend im Bereich zwischen 15% und 35%. Ursache für diese Materialdegradation ist die Bildung von elektronischen Defekten durch Überschussladungsträger (Staebler-Wronski-Effekt). Man geht davon aus, dass schwächere Si–Si-Bindungen unter Lichteinwirkung leichter [...]

Keyword(s): Dissertation

Note: Dissertation, RWTH Aachen, 2012

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